基于CMOS硅基平台的低成本多芯片选区异质集成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于CMOS硅基平台的低成本多芯片选区异质集成方法，涉及硅与非硅材料的异质集成领域。该方法包括：在非硅衬底上通过外延，光刻，刻蚀等工艺制作出共面电极非硅芯片；然后在非硅芯片的晶圆正面注入热固性聚合物溶剂并固化，通过选择性腐蚀工艺去掉衬底与缓冲层，并通过光刻溅射等工艺形成键合金属层；利用集成了非硅芯片台面与对版标记的版图通过CMOS工艺在SOI晶圆的顶层硅上制作出硅基器件结构与键合金属层；利用集成非硅芯片与硅基芯片的版图完成对准贴合，并通过真空键合完成非硅芯片在硅基芯片上异质集成。本发明专利技术操作简单，工艺兼容性好，制作成本低，集成度高，可用于硅基平台上非硅材料功能器件的有效集成。

Low cost multi chip heterogeneous integration method based on CMOS silicon based platform

The invention discloses a low cost multi chip selective area heterogeneous integration method based on CMOS silicon based platform, which involves the heterogeneous integration field of silicon and non silicon materials. The method includes: extension, in a silicon substrate by photolithography, etching process to produce non coplanar electrode silicon chip; then the non silicon wafer is injected and cured thermosetting polymer solvent, remove the substrate and the buffer layer by selective etching process, and through the lithography process of sputtering to form a bond with the metal layer; the integration of non silicon chip surface and labeled by CMOS version of the layout process in the top silicon wafer SOI fabricated on a silicon device structure and bonding metal layer; using the integration of non silicon and silicon chip layout complete alignment stick, and through vacuum bonding non integrated silicon chip heterogeneity in silicon on chip. The invention has the advantages of simple operation, good process compatibility, low production cost and high integration degree, and can be used for the effective integration of non silicon material functional devices on the silicon based platform.

【技术实现步骤摘要】
基于CMOS硅基平台的低成本多芯片选区异质集成方法
本专利技术涉及硅与非硅材料的异质集成领域，具体涉及一种基于CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)硅基平台的低成本多芯片选区异质集成方法。
技术介绍
随着信息技术和CMOS工艺技术的发展，人们对于系统的运算速度要求越来越快、芯片的尺寸要求越来越小。然而，建立在传统蚀刻工艺基础的硅集成电路在尺寸上已经小到了极限，这限制了系统运行速度和集成度的提升。此外，传统硅电路的一些“先天不足”也使其无法在一些特殊条件下获得应用，如250摄氏度以上的高温环境，高功率、高电压电路，以及一些光学电路等。而III-V族化合物和IV-V族化合物半导体材料因具有高的载流子迁移率和大的禁带宽度而在发光器件、高速器件、高温器件、高频器件、大功率器件等方面得到越来越广泛的应用。因此，不少科学家设想将其他非硅材料引入硅集成电路，使其适应能力更强。但经过尝试后人们发现，传统微电路制造中所采用的蚀刻工艺并不适用，在晶格失配和热性能的差异作用下，硅与非硅材料很难结合在一起。近年来，由于异质键合技术与倒转焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于CMOS硅基平台的低成本多芯片选区异质集成方法，其特征在于，该集成方法包括以下步骤：S1、在非硅衬底上依次外延出非硅功能芯片所需的外延片材料结构，该外延片材料结构包括缓冲层，腐蚀停止层，键合缓冲层，N型接触层，有源层以及P型接触层；S2、在该外延片材料结构上通过刻蚀形成至少两个非硅功能芯片台面；然后在每个非硅功能芯片台面的基础上，通过刻蚀、光刻、剥离工艺制作出共面电极的非硅功能芯片；S3、在由非硅衬底和非硅功能芯片组成的晶圆的电极面旋涂热固性聚合物溶剂，使该溶剂完全渗入到腐蚀停止层；然后将该晶圆放入灌有热固性聚合物溶剂的盒中，并放入真空烘烤箱中固化，形成聚合物印章；S4、将带有聚合物印...

【技术特征摘要】
1.一种基于CMOS硅基平台的低成本多芯片选区异质集成方法，其特征在于，该集成方法包括以下步骤：S1、在非硅衬底上依次外延出非硅功能芯片所需的外延片材料结构，该外延片材料结构包括缓冲层，腐蚀停止层，键合缓冲层，N型接触层，有源层以及P型接触层；S2、在该外延片材料结构上通过刻蚀形成至少两个非硅功能芯片台面；然后在每个非硅功能芯片台面的基础上，通过刻蚀、光刻、剥离工艺制作出共面电极的非硅功能芯片；S3、在由非硅衬底和非硅功能芯片组成的晶圆的电极面旋涂热固性聚合物溶剂，使该溶剂完全渗入到腐蚀停止层；然后将该晶圆放入灌有热固性聚合物溶剂的盒中，并放入真空烘烤箱中固化，形成聚合物印章；S4、将带有聚合物印章的晶圆放入湿法腐蚀液中，通过选择性湿法腐蚀工艺去掉非硅衬底与缓冲层，直到腐蚀停止层完全暴露；S5、通过光刻、表面蒸镀或溅射、以及剥离工艺，在腐蚀停止层底面形成键合金属层，成为制作好的非硅功能芯片晶圆；S6、利用包含非硅功能芯片台面与对版标记的光刻版，通过CMOS工艺在一个SOI晶圆的顶层硅上制作出硅基功能芯片结构与非硅键合区域结构，并在非硅键合台面区域结构中通过光刻、表面蒸镀或溅射、以及剥离工艺，形成键合金属层；S7、利用集成了非硅功能芯片台面、硅基功能芯片结构的版图以及对版标记，将步骤S5中制作好的非硅功能芯片晶圆与当前SOI晶圆对准贴合；S8、将贴合好的两个晶圆放入真空键合设备并抽真空；再充入惰性气体并抽真空；然后升温并加压，促使两个晶圆的键合金属层通过范德华力充分结合，最后降温冷却至常温；S9、取出键合好的晶圆后去除顶部的聚合物印章，并水浴清洗。2.如权利要求1所述的基于CMOS硅基平台的低成本多芯片选区异质集成方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下操作：在该外延片材料结构上通过两次曝光与多步刻蚀，分别刻蚀至缓冲层与N型接触层之上，形成至少两个非硅功能芯片台面；然后在每个非硅功能芯片台面的基础上，利用SiO2作掩膜刻蚀出P型与N型电极窗口，再利用光刻，磁空溅射/蒸发工艺，以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯朋，肖希，王磊，李淼峰，杨奇，余少华，
申请(专利权)人：武汉邮电科学研究院，
类型：发明
国别省市：湖北,42